Análisis comparativo de modelos no lineales bidimensionales con modelo tridimensional de un edificio de hormigón armado

Abstract

El diseño por capacidad es un enfoque cada vez más común para garantizar un compor- tamiento seguro y controlado de las estructuras ante sismos. Este diseño requiere un análisis no lineal de la estructura, que resulta costoso en términos de tiempo cuando se emplean herramientas avanzadas como OpenSees, especialmente con modelos tridimensionales (3D) detallados. El objetivo de este estudio es verificar si modelos bidimensionales (2D), que corres- ponden a una porción del modelo estructural completo, pueden replicar de manera eficiente y rápida el comportamiento global y los modos de falla de una estructura de hormigón en comparación de un modelo 3D. Para esta evaluación, se utilizaron dos casos de estudio: un modelo simplificado y el modelo del edificio Antígona, en Viña del Mar, afectado por el terremoto de 2010. Ambos modelos se desarrollaron en OpenSees utilizando el elemento ma- croscópico E-SFI-MVLEM 3D, y se sometieron a análisis modal espectral y estático no lineal para simular la respuesta sísmica. Los resultados indicaron que mantener constante la den- sidad de muros y la distribución de masa por área en planta permitió que los modelos 2D y 3D presentaran períodos similares, con diferencias entre 1 % y 4 %. Sin embargo, los modelos bidimensionales mostraron limitaciones importantes para replicar con precisión esfuerzos y deformaciones, especialmente en estructuras con comportamiento torsional. En el caso del modelo simple (traslacional), el modelo 2D tuvo errores promedios de 12,8 % en compresión y 3,4 % en tracción en los muros de interés. Para el edificio Antígona (torsional), los errores en deformaciones unitarias se elevaron promediando un 29 % en tracción y 35 % en compresión. Los modelos 2D requieren hasta ocho veces menos tiempo para realizar un análisis no lineal en comparación con los modelos 3D, y su menor número de elementos permite una mayor ex- tracción de datos en una misma ejecución. Por lo tanto, este trabajo propone una metodología efectiva para la elaboración y análisis de modelos 2D, que pueden servir como herramienta valiosa para evaluaciones iniciales, teniendo un rango de aplicabilidad predominantemente en estructuras con comportamiento traslacional.